Comment expliquer l'augmentation de température dans la thermosphère ?

Objet : Thermosphère Date : Ven, 29 Sep 2000 22:07:42 De : J.-M. M..

« Je pense bien comprendre la structure thermique de l'atmosphère jusqu'à l'ionosphère mais comment expliquer l'augmentation de température dans cette dernière couche de l'atmosphère ? »

Le chauffage de l'atmosphère dans la thermosphère (de 90 km à 500 km) résulte d'un processus de photodissociation-recombinaison mettant en jeu l'oxygène moléculaire :

O₂ + rayonnement → O + O (avec des longueurs d'onde inférieures à 240 nm)

puis : O + O + M → O₂ + M + 118 Kcal/mole

M est un troisième corps (principalement N₂, O₂ ou O) qui sert à thermaliser les produits de réaction.

Le bilan chimique est nul. Le bilan énergétique consiste à transformer l'énergie radiative en énergie cinétique et donc en chaleur. Le chauffage de la haute atmosphère résulte ainsi d'un processus mettant en jeu des constituants neutres. La température traduit l'agitation des molécules de l'atmosphère.

Figure 1. La thermosphère (nomenclature de l'atmosphère neutre) inclut la majeure partie de l'ionosphère

La perception de la température dans la thermosphère...

Aux altitudes de la thermosphère, les molécules sont très rares (la pression atmosphérique est très faible). Si on mettait un thermomètre (ou la main) à ces altitudes, il perdrait de l'énergie par rayonnement infrarouge mais les rares chocs avec les rares molécules agitées ne lui en communiquerait que très peu, du fait de leur rareté. Un thermomètre ou la sensation physiologique de chaleur indiqueraient donc « froid » !

Une analogie peut être prise avec un ouvrier métallurgiste qui découpe un morceau de fer avec une scie circulaire à grande vitesse. Une gerbe d'étincelles jaillit alors : une partie de l'énergie cinétique de la scie est communiquée à de micro-particules de fer, qui, réchauffées, brûlent dans l'atmosphère (2Fe + 3/2O₂ → Fe₂O₃). Ces particules sont très chaudes (> 1 500°C), mais extrêmement petites, et donc transportent très peu d'énergie. Si on manipule la scie sans gants, on reçoit ces micro-particules incandescentes sur la main. Elles amènent si peu d'énergie que la main ne perçoit aucune sensation de chaleur.